现代高分辨拉曼光谱仪的配置及应用研究

拉曼研究

第30卷,第2期　　　　　　　　　　　　光谱学与光谱分析2010年2月　　　　　　　　　　　　SpectroscopyandSpectralAnalysisVol130,No12,pp5672570

February,2010　

现代高分辨拉曼光谱仪的配置及应用研究

刘照军1,赵存华1,韩礼刚1,莫育俊23

1.洛阳师范学院物理与电子信息学院,河南洛阳　4710222.河南大学物理与电子学院,河南开封　475004

摘　要　拉曼光谱分辨率是关系到从光谱中提取出样品结构信息的关键参数,高分辨拉曼光谱能够提供更

多、更精细的样品有关信息。在此全面分析了现代高分辨拉曼光谱仪中决定光谱分辨率的各参数,辨析了易于混淆的分辨率和色散度概念。用理论分析和实验结果说明光栅密度与光谱分辨率的关系以及采用高密度光栅增进光谱分辨率所受到的限制、如何利用长焦长光栅增进光谱分辨率而不损害仪器通光效率、入射狭缝宽度对光谱分辨率及灵敏度的影响,在此基础上如何求得一个合理的平衡选择;,上分析,关键词　光谱分辨率;单色仪密度;;;中图分类号:TH74411A:13964/j1issn1100020593(2010)0220567204

射狭缝、准直镜和衍射光栅组成。图1给出了基于Czerny

2

Turner设计[3]的一种单级单色仪结构示意图,图中显示出了决定光谱分辨率的光学组件入射狭缝、衍射光栅以及探测器等要素。全面分析现代拉曼谱仪的分辨率同谱仪其他参数间关系的报导还尚未见到,本文拟在补充这方面的研究。

引　言

　　光谱分辨率R是指分辨光谱谱线细节特征的能力,定义

λ,其中Δλ是在波长λ时能够区分开的最小波长为R=λ/Δ

差。拉曼散射源于分子或晶体内原子振动[1],拉曼光谱中蕴涵了很多样品结构的信息,样品结构的变化会直接导致其拉曼频率发生改变。在拉曼光谱研究中,研究者感兴趣的信息可能是由小的峰位移动、相近谱带之间的分离或者谱带宽度的微小变化提供的,低光谱分辨率可能会导致信息损失,因而在多数情况下,光谱分辨率是关系到从光谱中提取出有关信息的关键参数。分辨率越好,就越容易区分相似的化合物,区别出相似的分子结构,并且精确测量到材料的应力和压力等效应。现代色散型拉曼光谱仪采用高单色性的激光作为激发光源,激发线宽度对光谱分辨率的影响完全可以忽略;采用CCD作为信号探测器时,单个CCD像元尺寸直接影响到光谱分辨率,像元越小,分辨率越高,但是受制造工艺限制,目前单个CCD像元大小在15～30μm之间,暂时没有进一步提高的空间,因而光谱仪光谱分辨率最终取决于其单色仪的性能[2]。在色散型拉曼光谱仪中,单级单色仪是最常采用的配置,可以提供高的通光效率,系统体积紧凑,本文将重点讨论单级光栅色散的拉曼光谱仪。单色仪主要由入　收稿日期:2009203218,修订日期:2009206220

Fig11　Schematicofamonochromator

basedonCzerny2Turnerset2up

　　本文实验研究分别在Jobin2Yvon公司的LabRAM(焦长

300mm)和LabRAMHR(焦长800mm)以及LabRAM

ARAMIS(焦长460mm)上进行的,激发光源用Ar+激光器

的51415nm线或He2Ne激光器的63218nm线,到达样品上的激光功率约为3mW,信号采集时间根据样品情况各异。

　基金项目:国家自然科学基金项目(10674041),2007河南省科技计划项目(072300410330)资助

　作者简介:刘照军,1966年生,洛阳师范学院物理与电子信息学院副教授　　e2mail:zhaojunliu@gmail.com

3通讯联系人　　e2mail:moyj@263.net